WO2018116783A1

WO2018116783A1 - 磁気センサ

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Publication number: WO2018116783A1
Application number: PCT/JP2017/043120
Authority: WO
Inventors: 秀之中西; 耕二新村; 拓也杉本
Original assignee: 株式会社村田製作所
Priority date: 2016-12-21
Filing date: 2017-11-30
Publication date: 2018-06-28
Also published as: CN108226823A

Abstract

感磁部(１２０ａ，１２０ｂ)は、複数の単位感磁体(１２４ａ，１２４ｂ)、および、複数の単位感磁体(１２４ａ，１２４ｂ)において互いに隣り合う単位感磁体(１２４ａ，１２４ｂ)同士の間に１つずつ配置されて複数の単位感磁体(１２４ａ，１２４ｂ)を直列に接続する複数の接続導体(１２５ａ，１２５ｂ)を含む。磁気抵抗素子(１００)の表面において感磁部(１２０ａ，１２０ｂ)が形成されている感磁領域(１２ａ，１２ｂ)は、長手方向(Ｌ)および短手方向(Ｓ)を有する。感磁領域(１２ａ，１２ｂ)の長手方向(Ｌ)の両端部は、短手方向(Ｓ)の第１引出電極(１３１ａ，１３１ｂ)および第２引出電極(１３２ａ，１３２ｂ)が位置している側に広がって、感磁領域(１２ａ，１２ｂ)の長手方向(Ｌ)の中央部より幅が広くなっている。

Description

磁気センサ

　本発明は、磁気センサに関し、特に、紙幣などに印刷されている磁性体パターンを検出可能な磁気センサに関する。

　磁気センサの構成を開示した先行文献として、国際公開第２００５／０９１００８号(特許文献１)および特開２０１２－９３３４２号公報(特許文献２)がある。

　特許文献１に記載された長尺型磁気センサは、感磁部が形成された複数の磁気抵抗素子を備える。感磁部は、長手方向に間隔を空けて配列形成された複数の単位感磁体と、この複数の単位感磁体を直列に接続する接続導体とを有する。複数の磁気抵抗素子は、長手方向に配列されている。隣り合う磁気抵抗素子同士の向かい合う端部にそれぞれ配置された単位感磁体の長手方向の間隔は、磁気抵抗素子内の隣り合う単位感磁体の長手方向の間隔以下である。

　特許文献２に記載された長尺型磁気センサは、複数の磁気抵抗素子と複数の磁石とを有する。複数の磁気抵抗素子の各々は、被検出物の移動方向に対して直交する方向を長手方向とする感磁部が表面に形成されている。複数の磁石は、複数の磁気抵抗素子の感磁部に対して磁界を印加する。複数の磁気抵抗素子の感磁部および複数の磁石は、被検出物の移動方向に対して直交する直線に沿ってそれぞれ配列されている。磁気抵抗素子の感磁部における磁気抵抗部の密度は、隣接する磁石同士の間隙部上および隣接する磁気抵抗素子の間隙部付近の少なくとも一方において相対的に高い。

国際公開第２００５／０９１００８号特開２０１２－９３３４２号公報

　磁気センサには、磁気抵抗素子の被検出物の検出範囲が広いことが求められている。
　本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、磁気抵抗素子の被検出物の検出範囲が広い磁気センサを提供することを目的とする。

　本発明に基づく磁気センサは、少なくとも１つの磁気抵抗素子を備える。磁気抵抗素子は、感磁部と第１引出電極と第２引出電極とを含む。感磁部は、複数の単位感磁体、および、複数の単位感磁体において互いに隣り合う単位感磁体同士の間に１つずつ配置されて複数の単位感磁体を直列に接続する複数の接続導体を含む。第１引出電極は、感磁部の一方の端部に接続されている。第２引出電極は、感磁部の他方の端部に接続されている。磁気抵抗素子の表面において感磁部が形成されている感磁領域は、長手方向および上記長手方向に直交する短手方向を有する。第１引出電極および第２引出電極の各々は、感磁領域に対して上記短手方向に隣接して設けられている。感磁領域の上記長手方向の両端部は、上記短手方向の第１引出電極および第２引出電極が位置している側に広がって、感磁領域の上記長手方向の中央部より幅が広くなっている。

　本発明の一形態においては、複数の単位感磁体の各々において、単位感磁体の両側に位置して接している接続導体同士の間の距離に対する単位感磁体の幅の比率が、５以上１３以下である。

　本発明の一形態においては、感磁部は、上記長手方向に沿って直線状に延在する主部、上記短手方向の第１引出電極が位置している側において主部の上記長手方向の一方の端部と間隔をあけて並んで位置する第１延長部、および、上記短手方向の第２引出電極が位置している側において主部の上記長手方向の他方の端部と間隔をあけて並んで位置する第２延長部を含む。

　本発明の一形態においては、感磁部は、上記短手方向に沿って直線状に延在する複数の直線部が上記長手方向に並びつつ、複数の直線部のうちの互いに隣接する直線部同士の上記短手方向の一方の端部または他方の端部が接続されて、ミアンダ状に形成されている。複数の直線部において、上記長手方向の両端部に位置する直線部は、上記長手方向の中央部に位置する直線部より長い。

　本発明の一形態においては、磁気センサは、感磁部に対して磁界を印加する少なくとも１つの磁石をさらに備える。磁石は、上記長手方向に沿って位置し、磁気抵抗素子と対向している。

　本発明の一形態においては、磁気センサは、上記磁気抵抗素子を複数備える。複数の磁気抵抗素子の感磁部は、互いに隙間をあけて上記長手方向に並んでいる。

　本発明の一形態においては、磁気センサは、上記磁石を複数備える。複数の磁石は、互いに隙間をあけて上記長手方向に並んでいる。上記長手方向において磁石同士の間の隙間の位置に対応して、複数の磁気抵抗素子のうちの互いに隣り合う磁気抵抗素子の感磁部同士の隙間が位置している。

　本発明によれば、磁気抵抗素子の被検出物の検出範囲を広くすることができる。

比較形態１に係る磁気センサが備える磁気抵抗素子の構成を示す平面図である。図１の磁気抵抗素子のＩＩ－ＩＩ線矢印方向から見た断面図である。本発明の実施形態１に係る磁気センサが備える磁気抵抗素子の構成を示す平面図である。図３の磁気抵抗素子のＩＶ－ＩＶ線矢印方向から見た断面図である。感磁部の一部を拡大して示す平面図である。比較形態１および本発明の実施形態１に係る磁気センサの回路構成を示す回路図である。 (Ａ)は、比較形態１および本発明の実施形態１に係る磁気センサの出力感度特性を示すグラフである。(Ｂ)は、比較形態１および本発明の実施形態１に係る磁気センサにおける磁気抵抗素子および磁石の配置関係を示す側面図である。 (Ａ)は、比較形態２および本発明の実施形態２に係る磁気センサの出力感度特性を示すグラフである。(Ｂ)は、比較形態２および本発明の実施形態２に係る磁気センサにおける磁気抵抗素子および磁石の配置関係を示す側面図である。比較形態３に係る磁気センサが備える磁気抵抗素子の構成を示す平面図である。本発明の実施形態３に係る磁気センサが備える磁気抵抗素子の構成を示す平面図である。

　以下、本発明の各実施形態に係る磁気センサについて図を参照して説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。

　(実施形態１)
　以下の実施形態の説明においては、本発明の実施形態１に係る磁気センサと比較形態１に係る磁気センサとを比較して説明する。図１は、比較形態１に係る磁気センサが備える磁気抵抗素子の構成を示す平面図である。図２は、図１の磁気抵抗素子のＩＩ－ＩＩ線矢印方向から見た断面図である。図３は、本発明の実施形態１に係る磁気センサが備える磁気抵抗素子の構成を示す平面図である。図４は、図３の磁気抵抗素子のＩＶ－ＩＶ線矢印方向から見た断面図である。図５は、感磁部の一部を拡大して示す平面図である。

　図１，２，５に示すように、比較形態１に係る磁気センサが備える磁気抵抗素子９００においては、基板１０上に２つの感磁部が設けられている。具体的には、磁気抵抗素子９００においては、第１感磁部９２０ａおよび第２感磁部９２０ｂが、後述する短手方向Ｓにおいて互いに間隔をあけて後述する長手方向Ｌに沿って設けられている。基板１０は、フェライトなどのセラミックまたはガラスからなる絶縁性基板である。

　第１感磁部９２０ａは、複数の単位感磁体９２４ａ、および、複数の単位感磁体９２４ａにおいて互いに隣り合う単位感磁体９２４ａ同士の間に１つずつ配置されて複数の単位感磁体９２４ａを直列に接続する複数の接続導体９２５ａを含む。第１感磁部９２０ａは、長手方向Ｌに沿って直線状に延在する主部９２１ａのみから構成されている。

　第１感磁部９２０ａの一方の端部に第１引出電極９３１ａが接続されている。具体的には、第１感磁部９２０ａの一方の端部に位置する接続導体９２６ａと第１引出電極９３１ａとが接続されている。第１感磁部９２０ａの他方の端部に第２引出電極９３２ａが接続されている。具体的には、第１感磁部９２０ａの他方の端部に位置する接続導体９２６ａと第２引出電極９３２ａとが接続されている。

　磁気抵抗素子９００の表面において第１感磁部９２０ａが形成されている第１感磁領域９２ａは、長手方向Ｌおよび長手方向Ｌに直交する短手方向Ｓを有する。第１引出電極９３１ａおよび第２引出電極９３２ａの各々は、第１感磁領域９２ａに対して短手方向Ｓに隣接して設けられている。第１感磁領域９２ａの短手方向Ｓの幅Ｗ９Ｃは、長手方向Ｌのいずれの部分においても略一定である。

　図２に示すように、基板１０上に磁気抵抗層１１がパターニングされて設けられており、磁気抵抗層１１上に導電体層１２がパターニングされて設けられている。磁気抵抗層１１の電気抵抗が導電体層１２の電気抵抗より高いため、磁気抵抗層１１上に導電体層１２が設けられている部分においては、電流は主に導電体層１２を流れる。なお、基板１０と磁気抵抗層１１との間に導電体層１２が位置するように、基板１０、磁気抵抗層１１および導電体層１２が積層されていてもよい。

　磁気抵抗層１１において導電体層１２に覆われていない部分が単位感磁体９２４ａとなり、磁気抵抗層１１において導電体層１２に覆われている部分が接続導体９２５ａまたは接続導体９２６ａとなる。第１引出電極９３１ａおよび第２引出電極９３２ａの各々は、基板１０上にパターニングされて設けられた図示しない導電体層で構成されている。導電体層は、アルミニウムなどの電気伝導率の高い金属で構成されている。導電体層１２は、蒸着装置などを用いて形成されている。

　磁気抵抗層１１は、インジウムアンチモナイドなどの半導体で構成されている。磁気抵抗層１１は、導電体層が一方の主面に蒸着されたインジウムアンチモナイド基板の他方の主面を研磨して薄膜化することにより形成されている。すなわち、磁気抵抗層１１は、インジウムアンチモナイド基板の一部で構成されている。研磨されたインジウムアンチモナイド基板の他方の主面が、基板１０に貼り付けられている。なお、磁気抵抗層１１が、パーマロイなどの磁性体で構成されていてもよい。この場合、磁気抵抗層１１は、スパッタ装置または蒸着装置などを用いて基板１０上に形成される。

　図５に示すように、複数の単位感磁体９２４ａの各々において、単位感磁体９２４ａの両側に位置して接している接続導体９２５ａ同士の間の距離Ｌ１１と、接続導体９２５ａの長さＬ１２とは、略同一である。複数の単位感磁体９２４ａの各々の長さはＬ１１である。複数の単位感磁体９２４ａの各々の幅はＷである。

　第２感磁部９２０ｂは、第１感磁部９２０ａと同様の構成を有している。第２感磁部９２０ｂは、複数の単位感磁体９２４ｂ、および、複数の単位感磁体９２４ｂにおいて互いに隣り合う単位感磁体９２４ｂ同士の間に１つずつ配置されて複数の単位感磁体９２４ｂを直列に接続する複数の接続導体９２５ｂを含む。第２感磁部９２０ｂは、長手方向Ｌに沿って直線状に延在する主部９２１ｂのみから構成されている。第２感磁部９２０ｂの主部９２１ｂは、第１感磁部９２０ａの主部９２１ａと対向している。

　第２感磁部９２０ｂの一方の端部に第１引出電極９３１ｂが接続されている。具体的には、第２感磁部９２０ｂの一方の端部に位置する接続導体９２６ｂと第１引出電極９３１ｂとが接続されている。第２感磁部９２０ｂの他方の端部に第２引出電極９３２ｂが接続されている。具体的には、第２感磁部９２０ｂの他方の端部に位置する接続導体９２６ｂと第２引出電極９３２ｂとが接続されている。

　磁気抵抗素子９００の表面において第２感磁部９２０ｂが形成されている第２感磁領域９２ｂは、長手方向Ｌおよび長手方向Ｌに直交する短手方向Ｓを有する。第１引出電極９３１ｂおよび第２引出電極９３２ｂの各々は、第２感磁領域９２ｂに対して短手方向Ｓに隣接して設けられている。第２感磁領域９２ｂの短手方向Ｓの幅Ｗ９Ｃは、長手方向Ｌのいずれの部分においても略一定である。

　図３～５に示すように、実施形態１に係る磁気センサが備える磁気抵抗素子１００においては、基板１０上に２つの感磁部が設けられている。具体的には、磁気抵抗素子１００においては、第１感磁部１２０ａおよび第２感磁部１２０ｂが、短手方向Ｓにおいて互いに間隔をあけて長手方向Ｌに沿って設けられている。

　第１感磁部１２０ａは、複数の単位感磁体１２４ａ、および、複数の単位感磁体１２４ａにおいて互いに隣り合う単位感磁体１２４ａ同士の間に１つずつ配置されて複数の単位感磁体１２４ａを直列に接続する複数の接続導体１２５ａを含む。第１感磁部１２０ａの一方の端部に第１引出電極１３１ａが接続されている。第１感磁部１２０ａの他方の端部に第２引出電極１３２ａが接続されている。

　第１感磁部１２０ａは、長手方向Ｌに沿って直線状に延在する主部１２１ａ、短手方向Ｓの第１引出電極１３１ａが位置している側において主部１２１ａの長手方向Ｌの一方の端部と間隔をあけて並んで位置する第１延長部１２２ａ、および、短手方向Ｓの第２引出電極１３２ａが位置している側において主部１２１ａの長手方向Ｌの他方の端部と間隔をあけて並んで位置する第２延長部１２３ａを含む。

　具体的には、第１感磁部１２０ａの主部１２１ａの一方の端部と、第１延長部１２２ａの一方の端部とは、短手方向Ｓに延在する接続導体１２６ａによって互いに接続されている。第１感磁部１２０ａの主部１２１ａの他方の端部と、第２延長部１２３ａの他方の端部とは、短手方向Ｓに延在する接続導体１２６ａによって互いに接続されている。

　磁気抵抗素子１００の表面において第１感磁部１２０ａが形成されている第１感磁領域１２ａは、長手方向Ｌおよび長手方向Ｌに直交する短手方向Ｓを有する。第１引出電極１３１ａおよび第２引出電極１３２ａの各々は、第１感磁領域１２ａに対して短手方向Ｓに隣接して設けられている。

　第１感磁領域１２ａの長手方向Ｌの両端部は、短手方向Ｓの第１引出電極１３１ａおよび第２引出電極１３２ａが位置している側に広がって、第１感磁領域１２ａの長手方向Ｌの中央部より幅が広くなっている。具体的には、第１感磁領域１２ａの長手方向Ｌの両端部における短手方向Ｓの幅Ｗ１Ｅは、第１感磁領域１２ａの長手方向Ｌの中央部における短手方向Ｓの幅Ｗ１Ｃより広い。

　図４に示すように、基板１０上に磁気抵抗層１１がパターニングされて設けられており、磁気抵抗層１１上に導電体層１２がパターニングされて設けられている。磁気抵抗層１１の電気抵抗が導電体層１２の電気抵抗より高いため、磁気抵抗層１１上に導電体層１２が設けられている部分においては、電流は主に導電体層１２を流れる。

　磁気抵抗層１１において導電体層１２に覆われていない部分が単位感磁体１２４ａとなり、磁気抵抗層１１において導電体層１２に覆われている部分が接続導体１２５ａまたは接続導体１２６ａとなる。第１引出電極１３１ａおよび第２引出電極１３２ａの各々は、基板１０上にパターニングされて設けられた図示しない導電体層で構成されている。

　図５に示すように、複数の単位感磁体１２４ａの各々において、単位感磁体１２４ａの両側に位置して接している接続導体１２５ａ同士の間の距離Ｌ１１と、接続導体１２５ａの長さＬ１２とは、略同一である。複数の単位感磁体１２４ａの各々の長さはＬ１１である。複数の単位感磁体１２４ａの各々の幅はＷである。単位感磁体１２４ａの両側に位置して接している接続導体１２５ａ同士の間の距離Ｌ１１に対する単位感磁体１２４ａの幅Ｗの比率(Ｗ／Ｌ１１)は、５以上１３以下であることが好ましい。

　第２感磁部１２０ｂは、第１感磁部１２０ａと同様の構成を有している。第２感磁部１２０ｂは、複数の単位感磁体１２４ｂ、および、複数の単位感磁体１２４ｂにおいて互いに隣り合う単位感磁体１２４ｂ同士の間に１つずつ配置されて複数の単位感磁体１２４ｂを直列に接続する複数の接続導体１２５ｂを含む。第２感磁部１２０ｂの一方の端部に第１引出電極１３１ｂが接続されている。第２感磁部１２０ｂの他方の端部に第２引出電極１３２ｂが接続されている。

　第２感磁部１２０ｂは、長手方向Ｌに沿って直線状に延在する主部１２１ｂ、短手方向Ｓの第１引出電極１３１ｂが位置している側において主部１２１ｂの長手方向Ｌの一方の端部と間隔をあけて並んで位置する第１延長部１２２ｂ、および、短手方向Ｓの第２引出電極１３２ｂが位置している側において主部１２１ｂの長手方向Ｌの他方の端部と間隔をあけて並んで位置する第２延長部１２３ｂを含む。

　具体的には、第２感磁部１２０ｂの主部１２１ｂの一方の端部と、第１延長部１２２ｂの一方の端部とは、短手方向Ｓに延在する接続導体１２６ｂによって互いに接続されている。第２感磁部１２０ｂの主部１２１ｂの他方の端部と、第２延長部１２３ｂの他方の端部とは、短手方向Ｓに延在する接続導体１２６ｂによって互いに接続されている。第２感磁部１２０ｂの主部１２１ｂは、第１感磁部１２０ａの主部１２１ａと対向している。

　磁気抵抗素子１００の表面において第２感磁部１２０ｂが形成されている第２感磁領域１２ｂは、長手方向Ｌおよび長手方向Ｌに直交する短手方向Ｓを有する。第１引出電極１３１ｂおよび第２引出電極１３２ｂの各々は、第２感磁領域１２ｂに対して短手方向Ｓに隣接して設けられている。

　第２感磁領域１２ｂの長手方向Ｌの両端部は、短手方向Ｓの第１引出電極１３１ｂおよび第２引出電極１３２ｂが位置している側に広がって、第２感磁領域１２ｂの長手方向Ｌの中央部より幅が広くなっている。具体的には、第２感磁領域１２ｂの長手方向Ｌの両端部における短手方向Ｓの幅Ｗ１Ｅは、第２感磁領域１２ｂの長手方向Ｌの中央部における短手方向Ｓの幅Ｗ１Ｃより広い。

　図６は、比較形態１および本発明の実施形態１に係る磁気センサの回路構成を示す回路図である。図６に示すように、比較形態１および本発明の実施形態１に係る磁気センサの各々においては、ハーフブリッジ回路が構成されている。

　具体的には、第１引出電極１３１ａ，９３１ａには、駆動電圧が入力される。第２引出電極１３２ａ，９３２ｂと第２引出電極１３２ｂ，９３２ｂとが互いに接続されており、この接続部から中間電位が出力される。第１引出電極１３１ｂ，９３１ｂは、接地されている。

　図７(Ａ)は、比較形態１および本発明の実施形態１に係る磁気センサの出力感度特性を示すグラフである。図７(Ｂ)は、比較形態１および本発明の実施形態１に係る磁気センサにおける磁気抵抗素子および磁石の配置関係を示す側面図である。図７(Ａ)においては、縦軸に磁気センサの出力電圧、横軸に磁気センサの長手方向における検出位置を示している。また、本発明の実施形態１に係る磁気センサの出力電圧を実線で、比較形態１に係る磁気センサの出力電圧を点線で示している。

　図７(Ｂ)に示すように、比較形態１に係る磁気センサ９においては、複数の磁気抵抗素子９００が互いに隙間Ｍ１をあけて長手方向Ｌに並んでいる。複数の磁気抵抗素子９００の第１感磁部９２０ａは、互いに隙間をあけて長手方向Ｌに並んでいる。複数の磁気抵抗素子９００の第２感磁部９２０ｂは、互いに隙間をあけて長手方向Ｌに並んでいる。

　磁気センサ９は、複数の磁気抵抗素子９００の各々の第１感磁部９２０ａおよび第２感磁部９２０ｂに対して磁界を印加する１つの磁石２０をさらに備える。磁石２０は、長手方向Ｌに沿って位置し、複数の磁気抵抗素子９００の各々と対向している。磁石２０による磁束は、複数の磁気抵抗素子９００の各々を垂直に通過する。

　同様に、本発明の実施形態１に係る磁気センサ１においては、複数の磁気抵抗素子１００が互いに隙間Ｍ１をあけて長手方向Ｌに並んでいる。複数の磁気抵抗素子１００の第１感磁部１２０ａは、互いに隙間をあけて長手方向Ｌに並んでいる。複数の磁気抵抗素子１００の第２感磁部１２０ｂは、互いに隙間をあけて長手方向Ｌに並んでいる。

　磁気センサ１は、複数の磁気抵抗素子１００の各々の第１感磁部１２０ａおよび第２感磁部１２０ｂに対して磁界を印加する１つの磁石２０をさらに備える。磁石２０は、長手方向Ｌに沿って位置し、複数の磁気抵抗素子１００の各々と対向している。磁石２０による磁束は、複数の磁気抵抗素子１００の各々を垂直に通過する。

　磁石２０の材料として、等方性フェライト、異方性フェライト、サマリウムコバルト、アルニコまたはネオジムなどを用いることができる。磁石２０の材料として、異方性フェライト、サマリウムコバルトまたはネオジムを用いた場合、磁石２０の保磁力を大きくできるため、磁石２０の磁気特性の安定性を高めることができる。磁石２０は、焼結磁石またはボンド磁石で構成されていてもよい。

　比較形態１に係る磁気センサ９の複数の磁気抵抗素子９００の各々においては、第１感磁部９２０ａは主部９２１ａのみから構成されており、第１感磁領域９２ａの短手方向Ｓの幅Ｗ９Ｃは、長手方向Ｌのいずれの部分においても略一定である。同様に、第２感磁部９２０ｂは主部９２１ｂのみから構成されており、第２感磁領域９２ｂの短手方向Ｓの幅Ｗ９Ｃは、長手方向Ｌのいずれの部分においても略一定である。

　そのため、図７(Ａ)に示すように、磁気センサ９の出力電圧は、複数の磁気抵抗素子９００の各々の長手方向Ｌの中央部において略一定であり、両端部において低下している。複数の磁気抵抗素子９００の各々の長手方向Ｌにおける検出可能範囲はＬ９である。複数の磁気抵抗素子９００の各々の長手方向Ｌの中央部の位置における磁気センサ９の出力電圧に対する、隙間Ｍ１の位置における磁気センサ９の出力電圧の減少値はＤ９である。

　本発明の実施形態１に係る磁気センサ１の複数の磁気抵抗素子１００の各々においては、第１感磁部１２０ａは、主部１２１ａ、第１延長部１２２ａおよび第２延長部１２３ａから構成されており、第１感磁領域１２ａの長手方向Ｌの両端部における短手方向Ｓの幅Ｗ１Ｅは、第１感磁領域１２ａの長手方向Ｌの中央部における短手方向Ｓの幅Ｗ１Ｃより広い。同様に、第２感磁部１２０ｂは、主部１２１ｂ、第１延長部１２２ｂおよび第２延長部１２３ｂから構成されており、第２感磁領域１２ｂの長手方向Ｌの両端部における短手方向Ｓの幅Ｗ１Ｅは、第２感磁領域１２ｂの長手方向Ｌの中央部における短手方向Ｓの幅Ｗ１Ｃより広い。

　そのため、図７(Ａ)に示すように、磁気センサ１の出力電圧は、複数の磁気抵抗素子１００の各々の長手方向Ｌの中央部において略一定であり、中央部から両端部に行くに従って次第に高くなった後に低下している。複数の磁気抵抗素子１００の各々の長手方向Ｌにおける検出可能範囲はＬ１であり、磁気抵抗素子９００の検出可能範囲Ｌ９より広い。複数の磁気抵抗素子１００の各々の長手方向Ｌの中央部の位置における磁気センサ１の出力電圧に対する、隙間Ｍ１の位置における磁気センサ１の出力電圧の減少値はＤ１であり、磁気センサ９の出力電圧の減少値Ｄ９より小さい。

　ここで、比較形態１および本発明の実施形態１に係る磁気センサの動作について説明する。磁性体パターンが印刷された紙幣などの被検出物が、磁気センサ１，９に対して短手方向Ｓに搬送される。磁性体パターンが磁気センサ１，９の磁気抵抗素子１００，９００側の表面近傍を通過すると、磁石２０による磁界が被検出物の磁性体パターンにより変化し、磁性体パターンの通過位置に対応する単位感磁体１２４ａ，１２４ｂ，９２４ａ，９２４ｂを通過する磁束密度が変化する。

　単位感磁体１２４ａ，１２４ｂ，９２４ａ，９２４ｂを通過する磁束密度が変化することにより、単位感磁体１２４ａ，１２４ｂ，９２４ａ，９２４ｂの電気抵抗値が変化する。単位感磁体１２４ａ，１２４ｂ，９２４ａ，９２４ｂの電気抵抗値が変化することにより、図６に示す磁気抵抗素子１００，９００のブリッジ回路からの出力電圧が変化する。磁気抵抗素子１００，９００の出力電圧の変化から、磁性体パターンを検出することができる。

　本発明の実施形態１に係る磁気センサ１の磁気抵抗素子１００においては、第１延長部１２２ｂおよび第２延長部１２３ｂを設けていることにより、磁気抵抗素子１００の長手方向Ｌの両端部に位置する単位感磁体１２４ａ，１２４ｂの面積を広くしている。これにより、図７(Ａ)に示すように、磁気センサ１の磁気抵抗素子１００の長手方向Ｌの両端部における磁性体パターンの検出感度を、比較形態１に係る磁気センサ９の磁気抵抗素子９００の長手方向Ｌの両端部における磁性体パターンの検出感度より高くすることができる。

　その結果、本発明の実施形態１に係る磁気センサ１の磁気抵抗素子１００の被検出物の検出可能範囲Ｌ１を、比較形態１に係る磁気センサ９の磁気抵抗素子９００の被検出物の検出可能範囲Ｌ９より広くすることができる。

　本発明の実施形態１に係る磁気センサ１の磁気抵抗素子１００においては、単位感磁体１２４ａ，１２４ｂの両側に位置して接している接続導体１２５ａ，１２５ｂ同士の間の距離Ｌ１１に対する単位感磁体１２４ａ，１２４ｂの幅Ｗの比率(Ｗ／Ｌ１１)が、５以上１３以下であり、単位面積あたりに占める単位感磁体１２４ａ，１２４ｂの面積の割合が第１感磁領域１２ａおよび第２感磁領域１２ｂの各々において高く維持されている。その結果、磁気抵抗素子１００の検出感度を、磁気抵抗素子１００の長手方向Ｌの全体において高く維持することができる。

　単位感磁体の電気抵抗値の変化率は、単位感磁体に印加される磁界の強度および被検出物の透磁率によって変化する。仮に、Ｗ／Ｌ１１＜５の場合、磁気抵抗素子の検出感度が低下して十分な検出感度を得られず、Ｗ／Ｌ１１＞１３の場合、単位感磁体１２４ａ，１２４ｂの幅Ｗの増加に対する単位感磁体の電気抵抗値の変化率が低下し、単位感磁体の単位面積当たりの検出効率が低下する。磁石２０および被検出物の組み合わせにより、Ｗ／Ｌ１１の好適な範囲が決まる。

　また、本発明の実施形態１に係る磁気センサ１は、磁性体パターンが隙間Ｍ１の近傍を通過した場合においても、磁気センサ１の出力電圧の低減を抑制することができる。

　なお、本発明の実施形態１に係る磁気センサ１においては、接続導体１２５ａおよび接続導体１２６ａの各々は、磁気抵抗層１１上に導電体層１２が形成された積層構造を有していたが、基板１０上に形成された導電体層１２で構成されていてもよい。

　本発明の実施形態１に係る磁気センサ１は磁石２０を備えているが、単位感磁体１２４ａ，１２４ｂを垂直に通過する磁束を発生する磁界源が他にある場合は、磁気センサ１が必ずしも磁石２０を備えていなくてもよい。

　本発明の実施形態１に係る磁気センサ１は、マルチチャンネル磁気センサとして複数の磁気抵抗素子１００を有している場合に限られず、磁気抵抗素子１００を１つのみ有していてもよい。また、磁気センサ１は、紙幣識別装置または自動改札機などに適用可能である。

　(実施形態２)
　以下、本発明の実施形態２に係る磁気センサについて、比較形態２に係る磁気センサと比較して説明する。なお、実施形態２に係る磁気センサは、磁石の構成のみ実施形態１に係る磁気センサと異なるため、実施形態１に係る磁気センサと同様である構成については説明を繰り返さない。

　図８(Ａ)は、比較形態２および本発明の実施形態２に係る磁気センサの出力感度特性を示すグラフである。図８(Ｂ)は、比較形態２および本発明の実施形態２に係る磁気センサにおける磁気抵抗素子および磁石の配置関係を示す側面図である。図８(Ａ)においては、縦軸に磁気センサの出力電圧、横軸に磁気センサの長手方向における検出位置を示している。また、本発明の実施形態２に係る磁気センサの出力電圧を実線で、比較形態２に係る磁気センサの出力電圧を点線で示している。

　図８(Ｂ)に示すように、比較形態２に係る磁気センサ８においては、複数の磁気抵抗素子９００が互いに隙間Ｍ１をあけて長手方向Ｌに並んでいる。複数の磁気抵抗素子９００の第１感磁部９２０ａは、互いに隙間をあけて長手方向Ｌに並んでいる。複数の磁気抵抗素子９００の第２感磁部９２０ｂは、互いに隙間をあけて長手方向Ｌに並んでいる。

　磁気センサ８は、複数の磁気抵抗素子９００の各々の第１感磁部９２０ａおよび第２感磁部９２０ｂに対して磁界を印加する複数の磁石２０をさらに備える。複数の磁石２０は、互いに隙間Ｍ２をあけて長手方向Ｌに並んでいる。長手方向Ｌにおいて磁石２０同士の間の隙間Ｍ２の位置に対応して、複数の磁気抵抗素子９００のうちの互いに隣り合う磁気抵抗素子９００の第１感磁部９２０ａ同士の隙間および第２感磁部９２０ｂ同士の隙間が位置している。長手方向Ｌにおいて、隙間Ｍ２の位置と隙間Ｍ１の位置とは略同一である。

　互いに隣接する磁石２０の磁極の方向は、互いに反対方向である。すなわち、磁気抵抗素子９００側にＳ極が位置している磁石２０に隣接している磁石２０では、磁気抵抗素子９００側にＮ極が位置している。

　磁気抵抗素子９００と磁石２０とを上記のように配置することにより、磁石２０による磁束は隣接する磁石２０間でループを描くため、複数の磁気抵抗素子９００の各々の第１感磁部９２０ａおよび第２感磁部９２０ｂを通る磁束の向きは、磁石２０の長手方向Ｌの中央部では略垂直になり、長手方向Ｌの隙間Ｍ２の位置の近傍においてはほとんど水平になる。

　単位感磁体９２４ａ，９２４ｂを垂直に通過する磁束密度が変化することにより、単位感磁体９２４ａ，９２４ｂの電気抵抗値が変化するため、磁気センサ８の出力電圧は、図８(Ａ)に示すように、複数の磁気抵抗素子９００の各々の長手方向Ｌの両端部において低下している。複数の磁気抵抗素子９００の各々の長手方向Ｌにおける検出可能範囲はＬ８である。複数の磁気抵抗素子９００の各々の長手方向Ｌの中央部の位置における磁気センサ８の出力電圧に対する、隙間Ｍ２の位置における磁気センサ８の出力電圧の減少値はＤ８であり、比較形態１に係る磁気センサ９の出力電圧の減少値Ｄ９より大きい。

　本発明の実施形態２に係る磁気センサ２においても、複数の磁気抵抗素子１００と複数の磁石２０とを備え、これらを比較形態２に係る磁気センサ８と同様に配置している。図８(Ａ)に示すように、本発明の実施形態２に係る磁気センサ２の出力電圧は、複数の磁気抵抗素子１００の各々の長手方向Ｌの中央部において略一定であり、中央部から両端部に行くに従って次第に高くなった後に低下している。

　複数の磁気抵抗素子１００の各々の長手方向Ｌの両端部における磁気センサ２の出力電圧の最高値は、複数の磁気抵抗素子１００の各々の長手方向Ｌの両端部における磁気センサ１の出力電圧の最高値より低い。複数の磁気抵抗素子１００の各々の長手方向Ｌにおける検出可能範囲はＬ２であり、磁気抵抗素子９００の検出可能範囲Ｌ８より広い。複数の磁気抵抗素子１００の各々の長手方向Ｌの中央部の位置における磁気センサ２の出力電圧に対する、隙間Ｍ２の位置における磁気センサ２の出力電圧の減少値はＤ２であり、磁気センサ８の出力電圧の減少値Ｄ８より小さい。

　本発明の実施形態２に係る磁気センサ２においては、磁性体パターンが長手方向Ｌにおいて隙間Ｍ２の位置の近傍を通過した場合においても、磁気センサ２の出力電圧の低減を抑制することができる。

　また、複数の磁気抵抗素子１００の各々の長手方向Ｌの両端部における磁気センサ２の出力電圧の最高値は、複数の磁気抵抗素子１００の各々の長手方向Ｌの両端部における磁気センサ１の出力電圧の最高値より低い。そのため、複数の磁気抵抗素子１００の各々の長手方向Ｌの中央部周辺における磁気センサ２の出力電圧を長手方向Ｌのより長い範囲で一定に維持することができる。

　(実施形態３)
　以下、本発明の実施形態３に係る磁気センサについて、比較形態３に係る磁気センサと比較して説明する。なお、実施形態３に係る磁気センサは、感磁部の構成のみ実施形態１に係る磁気センサと異なるため、実施形態１に係る磁気センサと同様である構成については説明を繰り返さない。

　図９は、比較形態３に係る磁気センサが備える磁気抵抗素子の構成を示す平面図である。図１０は、本発明の実施形態３に係る磁気センサが備える磁気抵抗素子の構成を示す平面図である。

　図９に示すように、比較形態３に係る磁気センサが備える磁気抵抗素子８００においては、基板１０上に２つの感磁部が設けられている。具体的には、磁気抵抗素子８００においては、第１感磁部８２０ａおよび第２感磁部８２０ｂが、短手方向Ｓにおいて互いに間隔をあけて長手方向Ｌに沿って設けられている。

　第１感磁部８２０ａは、複数の単位感磁体８２４ａ、および、複数の単位感磁体８２４ａにおいて互いに隣り合う単位感磁体８２４ａ同士の間に１つずつ配置されて複数の単位感磁体８２４ａを直列に接続する複数の接続導体８２５ａを含む。第１感磁部８２０ａは、短手方向Ｓに沿って直線状に延在する複数の直線部８２１ａが長手方向Ｌに並びつつ、複数の直線部８２１ａのうちの互いに隣接する直線部８２１ａ同士の短手方向Ｓの一方の端部または他方の端部が長手方向Ｌに延在する接続導体８２６ａによって接続されて、ミアンダ状に形成されている。

　第１感磁部８２０ａの一方の端部に第１引出電極８３１ａが接続されている。第１感磁部８２０ａの他方の端部に第２引出電極８３２ａが接続されている。

　磁気抵抗素子８００の表面において第１感磁部８２０ａが形成されている第１感磁領域８２ａは、長手方向Ｌおよび長手方向Ｌに直交する短手方向Ｓを有する。第１引出電極８３１ａおよび第２引出電極８３２ａの各々は、第１感磁領域８２ａに対して短手方向Ｓに隣接して設けられている。第１感磁領域８２ａの短手方向Ｓの幅Ｗ８Ｃは、長手方向Ｌのいずれの部分においても略一定である。

　第２感磁部８２０ｂは、第１感磁部８２０ａと同様の構成を有している。第２感磁部８２０ｂは、複数の単位感磁体８２４ｂ、および、複数の単位感磁体８２４ｂにおいて互いに隣り合う単位感磁体８２４ｂ同士の間に１つずつ配置されて複数の単位感磁体８２４ｂを直列に接続する複数の接続導体８２５ｂを含む。第２感磁部８２０ｂは、短手方向Ｓに沿って直線状に延在する複数の直線部８２１ｂが長手方向Ｌに並びつつ、複数の直線部８２１ｂのうちの互いに隣接する直線部８２１ｂ同士の短手方向Ｓの一方の端部または他方の端部が長手方向Ｌに延在する接続導体８２６ｂによって接続されて、ミアンダ状に形成されている。第２感磁部８２０ｂは、第１感磁部８２０ａと対向している。

　第２感磁部８２０ｂの一方の端部に第１引出電極８３１ｂが接続されている。第２感磁部８２０ｂの他方の端部に第２引出電極８３２ｂが接続されている。

　磁気抵抗素子８００の表面において第２感磁部８２０ｂが形成されている第２感磁領域８２ｂは、長手方向Ｌおよび長手方向Ｌに直交する短手方向Ｓを有する。第１引出電極８３１ｂおよび第２引出電極８３２ｂの各々は、第２感磁領域８２ｂに対して短手方向Ｓに隣接して設けられている。第２感磁領域８２ｂの短手方向Ｓの幅Ｗ８Ｃは、長手方向Ｌのいずれの部分においても略一定である。

　図１０に示すように、実施形態３に係る磁気センサが備える磁気抵抗素子２００においては、基板１０上に２つの感磁部が設けられている。具体的には、磁気抵抗素子２００においては、第１感磁部２２０ａおよび第２感磁部２２０ｂが、短手方向Ｓにおいて互いに間隔をあけて長手方向Ｌに沿って設けられている。

　第１感磁部２２０ａは、複数の単位感磁体２２４ａ、および、複数の単位感磁体２２４ａにおいて互いに隣り合う単位感磁体２２４ａ同士の間に１つずつ配置されて複数の単位感磁体２２４ａを直列に接続する複数の接続導体２２５ａを含む。第１感磁部２２０ａは、短手方向Ｓに沿って直線状に延在する複数の直線部２２１ａｃ，２２１ａｅが長手方向Ｌに並びつつ、複数の直線部２２１ａｃ，２２１ａｅのうちの互いに隣接する直線部２２１ａｃ，２２１ａｅ同士の短手方向Ｓの一方の端部または他方の端部が長手方向Ｌに延在する接続導体２２６ａによって接続されて、ミアンダ状に形成されている。

　第１感磁部２２０ａの一方の端部に第１引出電極２３１ａが接続されている。第１感磁部２２０ａの他方の端部に第２引出電極２３２ａが接続されている。

　磁気抵抗素子２００の表面において第１感磁部２２０ａが形成されている第１感磁領域２２ａは、長手方向Ｌおよび長手方向Ｌに直交する短手方向Ｓを有する。第１引出電極２３１ａおよび第２引出電極２３２ａの各々は、第１感磁領域２２ａに対して短手方向Ｓに隣接して設けられている。

　第１感磁領域２２ａの長手方向Ｌの両端部は、短手方向Ｓの第１引出電極２３１ａおよび第２引出電極２３２ａが位置している側に広がって、第１感磁領域２２ａの長手方向Ｌの中央部より幅が広くなっている。具体的には、第１感磁領域２２ａの長手方向Ｌの両端部に位置する複数の直線部２２１ａｅの各々が、第１感磁領域２２ａの長手方向Ｌの中央部に位置する複数の直線部２２１ａｃの各々より長い。その結果、第１感磁領域２２ａの長手方向Ｌの両端部における短手方向Ｓの幅Ｗ２Ｅは、第１感磁領域２２ａの長手方向Ｌの中央部における短手方向Ｓの幅Ｗ２Ｃより広い。

　第２感磁部２２０ｂは、第１感磁部２２０ａと同様の構成を有している。第２感磁部２２０ｂは、複数の単位感磁体２２４ｂ、および、複数の単位感磁体２２４ｂにおいて互いに隣り合う単位感磁体２２４ｂ同士の間に１つずつ配置されて複数の単位感磁体２２４ｂを直列に接続する複数の接続導体２２５ｂを含む。第２感磁部２２０ｂは、短手方向Ｓに沿って直線状に延在する複数の直線部２２１ｂｃ，２２１ｂｅが長手方向Ｌに並びつつ、複数の直線部２２１ｂｃ，２２１ｂｅのうちの互いに隣接する直線部２２１ｂｃ，２２１ｂｅ同士の短手方向Ｓの一方の端部または他方の端部が長手方向Ｌに延在する接続導体２２６ｂによって接続されて、ミアンダ状に形成されている。

　第２感磁部２２０ｂの一方の端部に第１引出電極２３１ｂが接続されている。第２感磁部２２０ｂの他方の端部に第２引出電極２３２ｂが接続されている。

　磁気抵抗素子２００の表面において第２感磁部２２０ｂが形成されている第２感磁領域２２ｂは、長手方向Ｌおよび長手方向Ｌに直交する短手方向Ｓを有する。第１引出電極２３１ｂおよび第２引出電極２３２ｂの各々は、第２感磁領域２２ｂに対して短手方向Ｓに隣接して設けられている。

　第２感磁領域２２ｂの長手方向Ｌの両端部は、短手方向Ｓの第１引出電極２３１ｂおよび第２引出電極２３２ｂが位置している側に広がって、第２感磁領域２２ｂの長手方向Ｌの中央部より幅が広くなっている。具体的には、第２感磁領域２２ｂの長手方向Ｌの両端部に位置する複数の直線部２２１ｂｅの各々が、第２感磁領域２２ｂの長手方向Ｌの中央部に位置する複数の直線部２２１ｂｃの各々より長い。その結果、第２感磁領域２２ｂの長手方向Ｌの両端部における短手方向Ｓの幅Ｗ２Ｅは、第２感磁領域２２ｂの長手方向Ｌの中央部における短手方向Ｓの幅Ｗ２Ｃより広い。

　本発明の実施形態３に係る磁気センサの磁気抵抗素子２００においては、直線部２２１ａｅ，２２１ｂｅを直線部２２１ａｃ，２２１ｂｃより長く設けていることにより、磁気抵抗素子３００の長手方向Ｌの両端部に位置する単位感磁体２２４ａ，２２４ｂの面積を広くしている。これにより、磁気センサの磁気抵抗素子３００の長手方向Ｌの両端部における磁性体パターンの検出感度を、比較形態３に係る磁気センサの磁気抵抗素子８００の長手方向Ｌの両端部における磁性体パターンの検出感度より高くすることができる。

　その結果、本発明の実施形態３に係る磁気センサの磁気抵抗素子２００の被検出物の検出可能範囲を、比較形態３に係る磁気センサの磁気抵抗素子８００の被検出物の検出可能範囲より広くすることができる。

　上述した実施形態の説明において、組み合わせ可能な構成を相互に組み合わせてもよい。

　今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

　１，２，８，９　磁気センサ、１０　基板、１１　磁気抵抗層、１２　導電体層、１２ａ，２２ａ，２２ｂ，８２ａ，９２ａ　第１感磁領域、１２ｂ，２２ｂ，８２ｂ，９２ｂ　第２感磁領域、２０　磁石、１００，２００，３００，８００，９００　磁気抵抗素子、１２０ａ，２２０ａ，８２０ａ，９２０ａ　第１感磁部、１２０ｂ，２２０ｂ，８２０ｂ，９２０ｂ　第２感磁部、１２１ａ，１２１ｂ，９２１ａ，９２１ｂ　主部、１２２ａ，１２２ｂ　第１延長部、１２３ａ，１２３ｂ　第２延長部、１２４ａ，１２４ｂ，２２４ａ，２２４ｂ，８２４ａ，８２４ｂ，９２４ａ，９２４ｂ　単位感磁体、１２５ａ，１２５ｂ，１２６ａ，１２６ｂ，２２５ａ，２２５ｂ，２２６ａ，２２６ｂ，８２５ａ，８２５ｂ，８２６ａ，８２６ｂ，９２５ａ，９２５ｂ，９２６ａ，９２６ｂ　接続導体、１３１ａ，１３１ｂ，２３１ａ，２３１ｂ，８３１ａ，８３１ｂ，９３１ａ，９３１ｂ　第１引出電極、１３２ａ，１３２ｂ，２３２ａ，２３２ｂ，８３２ａ，８３２ｂ，９３２ａ，９３２ｂ　第２引出電極、２２１ａｃ，２２１ａｅ，２２１ｂｃ，２２１ｂｅ，８２１ａ，８２１ｂ　直線部。

Claims

　少なくとも１つの磁気抵抗素子を備え、
　前記磁気抵抗素子は、
　複数の単位感磁体、および、該複数の単位感磁体において互いに隣り合う単位感磁体同士の間に１つずつ配置されて前記複数の単位感磁体を直列に接続する複数の接続導体、を含む感磁部と、
　前記感磁部の一方の端部に接続された第１引出電極と、
　前記感磁部の他方の端部に接続された第２引出電極とを含み、
　前記磁気抵抗素子の表面において前記感磁部が形成されている感磁領域は、長手方向および該長手方向に直交する短手方向を有し、
　前記第１引出電極および前記第２引出電極の各々は、前記感磁領域に対して前記短手方向に隣接して設けられており、
　前記感磁領域の前記長手方向の両端部は、前記短手方向の前記第１引出電極および前記第２引出電極が位置している側に広がって、前記感磁領域の前記長手方向の中央部より幅が広くなっている、磁気センサ。
　前記複数の単位感磁体の各々において、前記単位感磁体の両側に位置して接している前記接続導体同士の間の距離に対する前記単位感磁体の幅の比率が、５以上１３以下である、請求項１に記載の磁気センサ。
　前記感磁部は、前記長手方向に沿って直線状に延在する主部、前記短手方向の前記第１引出電極が位置している側において前記主部の前記長手方向の一方の端部と間隔をあけて並んで位置する第１延長部、および、前記短手方向の前記第２引出電極が位置している側において前記主部の前記長手方向の他方の端部と間隔をあけて並んで位置する第２延長部を含む、請求項１または請求項２に記載の磁気センサ。
　前記感磁部は、前記短手方向に沿って直線状に延在する複数の直線部が前記長手方向に並びつつ、前記複数の直線部のうちの互いに隣接する直線部同士の前記短手方向の一方の端部または他方の端部が接続されて、ミアンダ状に形成されており、
　前記複数の直線部において、前記長手方向の両端部に位置する直線部は、前記長手方向の中央部に位置する直線部より長い、請求項１または請求項２に記載の磁気センサ。
　前記感磁部に対して磁界を印加する少なくとも１つの磁石をさらに備え、
　前記磁石は、前記長手方向に沿って位置し、前記磁気抵抗素子と対向している、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の磁気センサ。
　前記磁気抵抗素子を複数備え、
　複数の前記磁気抵抗素子の前記感磁部は、互いに隙間をあけて前記長手方向に並んでいる、請求項５に記載の磁気センサ。
　前記磁石を複数備え、
　複数の前記磁石は、互いに隙間をあけて前記長手方向に並んでおり、
　前記長手方向において前記磁石同士の間の隙間の位置に対応して、複数の前記磁気抵抗素子のうちの互いに隣り合う磁気抵抗素子の前記感磁部同士の隙間が位置している、請求項６に記載の磁気センサ。